Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
I GLN i ,-N
'Jjy (gln)
'•-!iTPv Рп V"
UT аза ® Y-> \
jj-UMP \ P. ГС-АМР
V W_ a-kr
' ATP\ A®A ATPn/NH3
а-КГ+ \ лТаза//АШ<\г
ATP \ / *
' AU V'»* 2+'
Me
\
II' \ r. M
UR-фермент
.. „Pjj-UMP
v • Me ’
^jrjc \0LV
-•C UMP '’ikV^’Vrc |MnV
» X Ns V. V""/ • а-кг
АТ^У^ГС r4^yN«3 / PP, AMP J
/' K'\ / M)P GLN
! “ J P,
4l>i’p; ,W,
Ряс. 5.5. Каскадная система регуляции активности глутаминсин-тетазы (ГС). А. Активация (деадеиилироваиие) FC; Б. Инактивация (аденилирование) ГС; КП — конечные продукты; КГ — а-кетоглутарат [21, 22].
Стационарный уровень адеиилироваиия находится под контролем ряда метаболитов: а-кетоглутарата,
глутамина, UTP, АТР и Pi. Имеются также данные о том, что определенные фракции РНК могут влиять на активность Рп [15], а промежуточные продукты гликолиза способны ингибировать АТазу [24]. Из этого-. следует, что список физиологических регуляторов еще далеко не исчерпан. Действие а-кетоглутарата, глутамина и UTP на две каскадные системы (рис. 5.5) приводит к противоположным эффектам; это обеспечивает высокую чувствительность уровня адеиилироваиия; даже к небольшим изменениям относительных концентраций указанных эффекторов. Одновременно обеспечивается и корреляция активности различных модифицирующих ферментов. Все это сводит к минимуму
возможность неконтролируемого сопряжения реакций (5.1) и (5.2), а также (5.3) и (5.4), которое могло бы привести к бесполезной потере большого количества энергии при гидролизе АТР и UTP. В экспериментах по реконструкции каскадных систем с использованием изолированных белковых компонентов и некоторых эффекторов было показано, что на регуляцию активности глутаминсинтетазы путем аденилирования и уридилирования расходуется менее 1% количества АТР, используемого глутаминсинтетазой непосредственно для синтеза глутамина (рис. 5.1). На регуляцию активности фермента путем обратимой ковалентной модификации безусловно тратится гораздо меньше энергии, чём ее потребовалось бы для синтеза новой молекулы фермента [25].
В то время как состояние аденилирования глутаминсинтетазы регулируется а-кетоглутаратом, глутамином, UTP, АТР и Pi, активность фермента находится под контролем восьми различных эффекторов, а именно конечных продуктов превращения глутамина (рис. 5.1). Отношение глутамин/а-кетоглутарат можно рассматривать как чувствительный показатель концентрации NHJ [26]. При избытке NH4 будет происходить образование глутамина из а-кетоглутарата (рис' 5,1). В результате увеличения отношения глута-мин/а-кетоглутарат может произойти полное аденили-рование глутаминсинтетазы. Однако при повышении койцентрации NHJ усиливается не только синтез глутамина; установлено, что при достаточно высокой концентрации NH^ может служить донором азота (вместо амидной группы глутамина) в биосинтетических реакциях, приведенных на рис. 5.1. В условиях азотного голодания отношение глутамин/а-кетоглутарат снижается, и может произойти полное деаденилирование (т. е. активация) глутаминсинтетазы. Это создает условия для эффективного использования даже небольших количеств доступного NHJ. Обычно в клетках преобладают частично аденилированные формы глутаминсинтетазы; уровень модификации определяется относительным содержанием различных эффекторов.
Вероятно, in vivo функционирует полный набор гибридных молекул, обладающих различной степенью чувствительности к восьми ингибиторам, действующим по типу обратной связи.
Влияние UTP (стимуляция деаденилирования и увеличение глутаминсинтетазной активности) противоположно действию ингибитора (по типу обратной связи) СТР. Это еще раз свидетельствует о необходимости сбалансированного синтеза различных нуклеозид-трифосфатов (гл. 2).
Таким образом, инициируемая глутамином инактивация глутаминсинтетазы осуществляется в результате ковалентной модификации — аденилироваиия. Потенциальные преимущества ковалентной модификации по сравнению с «прямым» аллостерическим влиянием обсуждались в гл. 4. Удивительно, что этот эффективный тип регуляции сформировался только у грамотрицательных бактерий и встречается лишь у одной грамположительной бактерии — Stfeptomyces cattleya [27]. У Bacillus subtilis глутаминсинтетаза ингибируется непосредственно глутамином; по-видимому, ее активность не регулируется путем ковалентной модификации [28]. Изучение регуляции глутаминсинтетазы у Е. coli показывает, что у прокариот функционируют системы, сравнимые по степени сложности с теми, которые обнаружены у эукариотических клеток. Например, до настоящего времени у эукариот не обнаружено регуляции активности ферментов путем адени-лирования или уридилирования.
5.2. Регуляция активности цитратлиазы в анаэробных бактериях путем ацетилирования—деацетилирования [29]
